CN114293506B - 一种砂砾石料智能注浆增模的现场施工设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种砂砾石料智能注浆增模的现场施工设备及方法，该设备包括布置在推土机机身平台上的搅拌轴、储浆桶、液压柱塞泵和浆液控制系统，以及布置在推土机驾驶室的智能设备。该方法是在处理好的坝基上分层堆积砂砾石料，采用搅拌轴边搅动砂砾石料边向料内均匀注浆，推土机铲刀在砂砾石料被搅拌注浆后及时跟进推料平仓；实时对该层砂砾石料注浆质量进行检测，对质量未达要求的部位进行补浆，振动碾压仓面，形成复合浆材碾压砂砾石料层。经工程验证，本发明可实时反馈控制填筑质量，提升施工速度并节约工程成本。

Description

一种砂砾石料智能注浆增模的现场施工设备及方法

技术领域

本发明涉及一种砂砾石料智能注浆增模的现场施工设备及方法，属于水利工程砂砾石坝施工技术领域。

背景技术

在西部大开发战略的推动下，在我国水能资源丰富的西部地区需要建设一些的高坝大库。这些高坝大库坝往往地处高山峡谷地区，交通条件差，地形地质条件复杂。在坝型选择过程中，具有就地取材、施工方便快捷、适应性好等优点的面板砂砾石料坝在经济比较中具有明显优势，因此，面板砂砾石料坝也往往成为这些工程的推荐坝型。

为了控制坝体和面板的变形量，高面板砂砾石料坝坝体对变形模量要求较高，而目前的技术主要是通过增大压实功来降低砂砾石料体的孔隙率，以达到提高砂砾石料体变形模量的目的，但其效果有限，且已达到目前施工水平极限。一些研究尝试采用通过向砂砾石料中掺加拌和水泥基浆材的思路以提高其变形模量，但往往拌和方法工艺复杂，或难以保证浆材分布不均继而导致砂砾石料刚度无明显提升，应用于工程现场时，难以保证施工工效和质量。因此，针对高面板砂砾石坝的现场施工中，亟需进行技术改进，以实现及时反馈控制填筑质量，并提升施工速度、节约工程成本。

发明人在水利工程实践中，经过不断研究、设计及反复试验验证，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

发明目的：为了实现及时反馈控制填筑质量，提升施工速度、节约工程成本，本发明设计出一整套现场砂砾石料智能注浆增模施工方法及装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种砂砾石料智能注浆增模的现场施工设备，在推土机机身平台上新增布置搅拌轴及电机、油箱、储浆桶、液压柱塞泵、浆液控制系统；

所述浆液控制系统包括电磁流量计、电子压力计、调节阀和压力旋转按钮；

所述储浆桶内储存待注浆液，所述液压柱塞泵将待注浆液泵送至搅拌轴上多个出浆孔；所述搅拌轴的叶片位于铲刀正前方位置，可提升下降，注浆作业时与机身保持固定距离，轴上装有红外传感器和双卫星天线以分别实时获取搅拌轴搅拌深度及搅拌轴的空间位置；注浆机铲刀在砂砾石料被搅拌注浆后及时跟进推料平仓；

红外传感器、卫星天线、电磁流量计与电子压力计与驾驶室中的智能设备有线连接，用于实时计算显示并调注浆流量、注浆压力、注浆范围、搅拌轴移动速度v及搅拌深度h。

本发明同时提供一种现场砂砾石料智能注浆增模施工方法，包括如下步骤：

步骤1：在处理好的坝基上分层堆积最大粒径为300～500mm的砂砾石料，每层砂砾石料层厚0.8m，通过机械或人工平仓；

步骤2：启动移动式智能砂砾石料注浆机开始注入浆液，注浆时采用固定在注浆机上的搅拌轴边搅动砂砾石料边向料内均匀注浆；

步骤3：注浆完成后，及时对该层砂砾石料注浆质量进行检测，对质量未达要求的部位进行补浆；

步骤4：采用碾压振动机械根据规定的碾压遍数振动碾压仓面，形成复合浆材碾压砂砾石料层；碾压完成后，对复合浆材碾压砂砾石料层的表面进行必要的早期养护；

步骤5：重复步骤2-4，直至完成注浆砂砾石料的分层注浆及碾压施工。

具体地，在步骤2中，浆液包括水泥净浆、掺合料，流动性为230-260mm；水泥净浆的水胶比为0.4-0.5；掺和料的比例为胶凝材料掺量(水泥与粉煤灰量之和)的45％-65％，掺和料为粉煤灰，高效减水剂为胶凝材料掺量的0.6％～0.8％。

进一步地，搅拌深度h应与砂砾石料层厚一致，即控制在0.8m附近，h的计算方法为：

式中，h为搅拌轴搅拌深度，m；l为红外传感器至搅拌轴端头的距离，一般为固定值，m；x₁和y₁为靠近端头的卫星天线1#的实时定位数据，m；x₂和y₂为远离端头的卫星天线2#的实时定位数据，m；h_s为红外传感器至砂砾料表面垂直距离，m。

进一步地，搅拌轴移动速度v即为注浆机移动速度，注浆机按之字形路线移动，相邻注浆条带间的搭接宽度为r，r为浆液的扩散半径，其计算式为

式中，r的单位为m，通过智能设备中软件程序试算得到；ξ为经验系数，取0.85；Q为注浆流量，m³/s，由电子流量计测定得到；β为浆液粘度与水的粘度比，β＝μ_g/μ_w；r₀为搅拌轴半径，m；k为砂砾石料的渗透系数，m/s；h为灌浆压力，Pa，由电子压力计测定得到。

注浆机移动速度v的计算式为

式中，Δt为定位数据采集周期，默认为1s；(x'₂,y'₂,z'₂)和(x₂，y₂，z₂)分别为卫星天线2#当前时刻和Δt时间前的定位数据。

注浆机移动速度v应保持在合理速度v₀附近，v₀的表达式为

式中，v₀为合理速度，m/s；s为注浆仓面长度，m；n为砂砾石料的孔隙率，注浆前通过试验测定得到。

注浆机移动速度v和相邻注浆条带间的搭接宽度r由智能设备的程序计算得到。

具体地，，显示的注浆范围是由多个等高圆柱形注浆区域叠加而成，其中柱形圆心连线为搅拌轴移动轨迹，柱高为搅拌深度h。

具体地，所述步骤3中，该层砂砾石料注浆质量进行检测补浆的方法是根据驾驶室中智能设备显示的注浆轨迹中标示的漏失或注浆量不够的铺料部位，采用注浆机对上述部位及时补浆。

具体地，所述步骤4中,碾压遍数为8-10遍，且每层砂砾料层的铺料厚度为压实后厚度加上5-10％预压缩量。

有益效果：本发明在处理好的坝基上分层堆积砂砾石料，采用搅拌轴边搅动砂砾石料边向料内均匀注浆，推土机铲刀在砂砾石料被搅拌注浆后及时跟进推料平仓；实时对该层砂砾石料注浆质量进行检测，对质量未达要求的部位进行补浆，振动碾压仓面，形成复合浆材碾压砂砾石料层。本发明因地制宜，具有施工速度快、节约工程成本的优势，系统的数据采集与显示方式直观准确，能实时反馈控制填筑质量，直接指导现场操作人员进行砂砾石料智能注浆增模施工。

附图说明

图1是本发明实施例中砂砾石料智能注浆增模施工设备的功能结构图；

图2是本发明实施例中砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法的流程示意图

具体实施方式

实施例：

本实施例的施工设备功能结构如图1所示，在推土机机身平台布置有搅拌轴、浆液制备及控制系统、注浆机机身动力系统。其中搅拌轴上固定双卫星天线(1#、2#)和红外传感器，可实时采集双天线的定位数据和红外传感器至砂砾料表面垂直距离；浆液制备及控制系统可实时采集注浆压力和流量。上述实时采集数据有线连接驾驶室中的智能设备，首先采集数据通过设备中的数据管理模块实现数据的接收、分类和存储等功能，然后计算模块调用数据，结合双天线的定位值、红外传感器装置与搅拌轴端头之间的固定距离值，实时计算获得搅拌轴端头定位坐标、倾角、移动速度v、搅拌深度h，浆液扩散半径r，并最终成图显示。

其工作流程如图2所示，首先启动常规推土机，平铺砂砾石料，控制层厚为0.8m。然后混凝土搅拌加浆系统总开关，将制备水泥浆液加入储浆桶，之后可打开液压柱塞泵，调节泵送浆液压力范围，并输入注浆仓面长度s、砂砾料孔隙率n，浆液粘度比Β等参数。调节好参数后便可打开搅拌轴开关与分向阀开关，并启动注浆机，按照之字型路线在仓面内匀速移动，搅拌轴同步转动注浆。整个加浆过程均通过驾驶室中的智能设备监控显示，并根据显示结果，实时调节控制搅拌轴插入料层深度s和注浆机移动速度v分别在0.8m和合理速度v₀。初次注浆后，查看程序中的注浆轨迹，移动注浆机至遗漏部位进行补浆作业。完成补浆作业后，启动振动碾，按规定遍数碾压砂砾石料，然后对料层表面做早期养护，并及时向储浆桶内补浆，并开始下一层砂砾石料卸料、平仓、注浆、碾压工序，直到完成本仓号内所有砂砾石料的注浆增模作业。

Claims (6)

1.一种砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法，使用以下施工设备：

该设备包括布置在推土机机身平台上的搅拌轴、储浆桶、液压柱塞泵和浆液控制系统，以及布置在推土机驾驶室的智能设备，

所述浆液控制系统包括电磁流量计、电子压力计、调节阀和压力旋转按钮；

所述储浆桶用于储存待注浆液，所述液压柱塞泵用于泵送待注浆液至搅拌轴上的多个出浆孔；

所述搅拌轴的叶片位于推土机铲刀的正前方，搅拌轴上装有红外传感器和双卫星天线，所述红外传感器用于实时获取搅拌轴搅拌深度，所述双卫星天线用于实施获取搅拌轴的空间位置；推土机铲刀在砂砾石料被搅拌注浆后及时跟进推料平仓；

所述智能设备用于实时计算显示并调注浆流量、注浆压力、注浆范围、搅拌轴移动速度v及搅拌深度h，所述红外传感器、卫星天线、电磁流量计及电子压力计与所述智能设备信号连接；

使用该设备的现场施工方法包括如下步骤：

步骤1，在处理好的坝基上分层堆积最大粒径为300~500mm的砂砾石料，每层砂砾石料层厚0.8m，通过机械或人工平仓；

步骤2，启动注浆机开始注入浆液，注浆时采用固定在注浆机上的搅拌轴边搅动砂砾石料边向料内均匀注浆；

步骤3，注浆完成后，及时对该层砂砾石料注浆质量进行检测，对质量未达要求的部位进行补浆；

步骤4，采用碾压振动机械进行振动碾压仓面形成复合浆材碾压砂砾石料层，完成规定碾压遍数；碾压完成后，对复合浆材碾压砂砾石料层的表面进行早期养护；

步骤5：重复步骤2-4，直至完成注浆砂砾石料的分层注浆及碾压施工；

其特征在于，搅拌轴移动速度v为注浆机移动速度，注浆机按之字形路线移动，相邻注浆条带间的搭接宽度为r，r为浆液的扩散半径，其计算式为

式中，r的单位为m，通过智能设备中软件程序试算得到；为经验系数，取0.85；Q为注浆流量，m³/s，由电子流量计测定得到；s为注浆仓面长度，m；β为浆液粘度与水的粘度比，r₀为搅拌轴半径，m；k为砂砾石料的渗透系数，m/s；P为灌浆压力，Pa，由电子压力计测定得到。

2.根据权利要求1所述的砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法，其特征在于：在步骤2中，浆液包括水泥净浆、掺合料，流动性为230-260mm；水泥净浆的水胶比为0.4-0.5；掺和料的比例为胶凝材料掺量的45%-65%，掺和料为粉煤灰，高效减水剂为胶凝材料掺量的0.6%~0.8%。

3.根据权利要求2所述的砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法，其特征在于：搅拌深度h与砂砾石料层厚一致，控制在0.8m附近，h的计算方法为：

式中，h为搅拌轴搅拌深度，m；l为红外传感器至搅拌轴端头的距离，一般为固定值，m；x₁和y₁为靠近端头的卫星天线1#的实时定位数据，m；x₂和y₂为远离端头的卫星天线2#的实时定位数据，m；h_s为红外传感器至砂砾料表面垂直距离，m。

4.根据权利要求3所述的砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法，其特征在于：注浆机移动速度v的计算式为

式中，为定位数据采集周期，默认为1s；和（x₂，y₂，z₂）分别为卫星天线2#当前时刻和时间前的定位数据；

注浆机移动速度v保持在合理速度v₀附近，v₀的表达式为

式中，v₀为合理速度，m/s；n为砂砾石料的孔隙率，注浆前通过试验测定得到，相邻注浆条带间的搭接宽度r由智能设备的程序计算得到。

5.根据权利要求1所述的砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法，其特征在于：显示的注浆范围是由多个等高圆柱形注浆区域叠加而成，其中柱形圆心连线为搅拌轴移动轨迹，柱高为搅拌深度h。

6.根据权利要求1所述的砂砾石料智能注浆增模的现场施工方法，其特征在于： 所述步骤3中该层砂砾石料注浆质量进行检测补浆的方法，是根据驾驶室中智能设备显示的注浆轨迹中标示的漏失或注浆量不够的铺料部位，采用注浆机对上述部位及时补浆。

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